Прочитал в книге Т.Рашида "Make your own network" про простенькую нейронную сеть для распознавания цифр. Реализовал ее на питоне, затем решил написать ее на Cuda. Проблема в том, что она обучается в разы медленнее чем на питоне или просто на плюсах. Уже все перепробовал. Очень надеюсь на Вашу помощь.
P.S. В программировании я новичок, так что не судите слишком строго за стиль кода и возможно глупые ошибки.
class neuralNet {
float input_nodes;
float hidden_nodes;
float output_nodes;
float learning_grade;
float* wih;
float* who;
public:
neuralNet(int in, int hid, int out, float lr) {
input_nodes = in;
hidden_nodes = hid;
output_nodes = out;
learning_grade = lr;
wih = new float[hidden_nodes * input_nodes];
who = new float[hidden_nodes * output_nodes];
for (int i = 0; i<input_nodes*hidden_nodes; i++)
wih[i] = static_cast <float> (rand()) / static_cast <float> (RAND_MAX) - 0.5;
for (int i = 0; i<hidden_nodes*output_nodes; i++)
who[i] = static_cast <float> (rand()) / static_cast <float> (RAND_MAX) - 0.5;
}
~neuralNet() {
delete[] wih;
delete[] who;
}
float*activation_function(float* a, int n) {
float* tmp = new float[n];
for (int i = 0; i < n; i++)
tmp[i] = 1 / (1 + exp(-a[i]));
return tmp;
}
void train(float*inputs, float*targets) {
//================================== СЧИТАЕМ QUERY =========================================
cublasStatus_t stat; // CUBLAS functions status
cublasHandle_t handle; // CUBLAS context
float *hid_in, *hid_out, *in_out, *out_out;
float * wih_d, *inputs_d, *hid_in_d, *in_out_d, *who_d, *hid_out_d;
hid_in = new float[hidden_nodes];
in_out = new float[output_nodes];
// выделяем память на GPU сначала для того, чтобы посчитать hid_in
cudaMalloc((float**)& hid_in_d, hidden_nodes * sizeof(float));
cudaMalloc((float**)& inputs_d, input_nodes * sizeof(float));
cudaMalloc((float**)& wih_d, input_nodes *hidden_nodes * sizeof(float));
// выделяем память на GPU для того, чтобы посчитать in_out
cudaMalloc((float**)& in_out_d, output_nodes * sizeof(float));
cudaMalloc((float**)& who_d, output_nodes *hidden_nodes * sizeof(float));
cudaMalloc((float**)& hid_out_d, hidden_nodes * sizeof(float));
// Показываем компилятору, сколько строк и сколько столбцов, чтобы он правильно умножал
stat = cublasSetMatrix(hidden_nodes, input_nodes, sizeof(*wih), wih, hidden_nodes, wih_d, hidden_nodes);
stat = cublasSetMatrix(input_nodes, 1, sizeof(*inputs), inputs, input_nodes, inputs_d, input_nodes);
stat = cublasSetMatrix(hidden_nodes, 1, sizeof(*hid_in), hid_in, hidden_nodes, hid_in_d, hidden_nodes);
// Аналогично
stat = cublasSetMatrix(output_nodes, hidden_nodes, sizeof(*who), who, output_nodes, who_d, output_nodes);
stat = cublasSetMatrix(output_nodes, 1, sizeof(*in_out), in_out, output_nodes, in_out_d, output_nodes);
//
stat = cublasCreate(&handle);
// константы С1 и С2 - c1*[a]*[b] + c2*[c]
float al = 1.0f;
float bet = 0.0f;
// Умножаем WIH на Inputs
stat = cublasSgemm(handle, CUBLAS_OP_N, CUBLAS_OP_N, hidden_nodes, 1, input_nodes, &al, wih_d,
hidden_nodes, inputs_d, input_nodes, &bet, hid_in_d, hidden_nodes);
// Запись результат в hid_in
stat = cublasGetMatrix(hidden_nodes, 1, sizeof(*hid_in), hid_in_d, hidden_nodes, hid_in, hidden_nodes);
// С помощью функции активации делаем пересчет hid_out
hid_out = activation_function(hid_in, hidden_nodes);
// Заносим hid_out на GPU и делаем его условно матрицей, указывая столбцы и строчки...
stat = cublasSetMatrix(hidden_nodes, 1, sizeof(*hid_out), hid_out, hidden_nodes, hid_out_d, hidden_nodes);
// Умножаем WHO на hid_out
stat = cublasSgemm(handle, CUBLAS_OP_N, CUBLAS_OP_N, output_nodes, 1, hidden_nodes, &al, who_d,
output_nodes, hid_out_d, hidden_nodes, &bet, in_out_d, output_nodes);
// Записываем результат в in_out
stat = cublasGetMatrix(output_nodes, 1, sizeof(*in_out), in_out_d, output_nodes, in_out, output_nodes);
out_out = activation_function(in_out, output_nodes);
//================================== СЧИТАЕМ ERROR1 =========================================
float * error1;
// Считаем ошибки на выходе(здесь не обязателен GPU, т.к. всего 10 выходов)
error1 = new float[output_nodes];
for (int i = 0; i < output_nodes; i++)
error1[i] = targets[i] - out_out[i];
//================================== СЧИТАЕМ ERROR2 =========================================
float* error2;
error2 = new float[hidden_nodes];
float*who_t_h; // transposed on CPU
float *who_t_d; // transposed on GPU
who_t_h = new float[hidden_nodes*output_nodes];
cudaMalloc((void**)&who_t_d, output_nodes*hidden_nodes * sizeof(float));
// Транспонируем матрицу WHO
dim3 Grid(output_nodes / BLOCK_DIM, hidden_nodes / BLOCK_DIM);
dim3 Block(BLOCK_DIM, BLOCK_DIM);
transposeMatrixFast << <Grid, Block >> > (who_d, who_t_d, output_nodes, hidden_nodes);
// Записываем значение транспонированной матрицы в who_t_h
cudaMemcpy(who_t_h, who_t_d, output_nodes*hidden_nodes * sizeof(float), cudaMemcpyDeviceToHost);
//__________________________________ WHO(TRANSP) * ERROR1 _________________________________________
float *error1_d, *error2_d;
// Начала выделим память для GPU пер-х
cudaMalloc((void**)&error1_d, output_nodes * sizeof(float));
cudaMalloc((void**)&error2_d, hidden_nodes * sizeof(float));
// Покажем компилятору, сколько строчек и сколько столбцов в матрицах
stat = cublasSetMatrix(output_nodes, 1, sizeof(*error1), error1, output_nodes, error1_d, output_nodes);
stat = cublasSetMatrix(hidden_nodes, output_nodes, sizeof(*who_t_h), who_t_h, hidden_nodes, who_t_d, hidden_nodes);
stat = cublasSetMatrix(hidden_nodes, 1, sizeof(*error2), error2, hidden_nodes, error2_d, hidden_nodes);
// Перемножаем who_t_h и error1
stat = cublasSgemm(handle, CUBLAS_OP_N, CUBLAS_OP_N, hidden_nodes, 1, output_nodes, &al, who_t_d,
hidden_nodes, error1_d, output_nodes, &bet, error2_d, hidden_nodes);
// Перекидываем результат в error2
stat = cublasGetMatrix(hidden_nodes, 1, sizeof(*error2), error2_d, hidden_nodes, error2, hidden_nodes);
//================================== СЧИТАЕМ WHO =========================================
float*left_part = new float[output_nodes];
for (int i = 0; i < output_nodes; i++)
left_part[i] = learning_grade*(error1[i] * out_out[i] * (1 - out_out[i]));
float *left_part_d, *who_dd;
// Выделяем память на GPU для дальнейшего подсчено new WHO
cudaMalloc((void**)&left_part_d, output_nodes * sizeof(float));
cudaMalloc((void**)&who_dd, hidden_nodes*output_nodes * sizeof(float));
// Сообщаем компилятору вид матриц
stat = cublasSetMatrix(output_nodes, 1, sizeof(*error1), left_part, output_nodes, left_part_d, output_nodes);
stat = cublasSetMatrix(output_nodes, hidden_nodes, sizeof(*who), who, output_nodes, who_dd, output_nodes);
stat = cublasSetMatrix(1, hidden_nodes, sizeof(*hid_out), hid_out, 1, hid_out_d, 1); // already transposed
// Перемножаем и получаем new WHO
stat = cublasSgemm(handle, CUBLAS_OP_N, CUBLAS_OP_N, output_nodes, hidden_nodes, 1, &al, left_part_d,
output_nodes, hid_out_d, 1, &bet, who_dd, output_nodes);
float* temporary;
cudaMalloc((void**)&temporary, hidden_nodes*output_nodes * sizeof(float));
cudaMemcpy(temporary, who, hidden_nodes*output_nodes * sizeof(float), cudaMemcpyHostToDevice);
sum << <(output_nodes*hidden_nodes + 127) / 128, 128 >> > (temporary, who_dd, output_nodes*hidden_nodes); // Может здесь возможно ускорить
// Копируем новые веса на CPU
cudaMemcpy(who, temporary, output_nodes*hidden_nodes * sizeof(float), cudaMemcpyDeviceToHost);
cudaFree(temporary);
//================================== СЧИТАЕМ WIH =========================================
float *left_part2 = new float[hidden_nodes];
float*left_part2_d;
cudaMalloc((void**)&left_part2_d, hidden_nodes * sizeof(float));
special << <(hidden_nodes + 127) / 128, 128 >> > (left_part2_d, error2_d, hid_out_d, hidden_nodes, learning_grade);
float *wih_dd;
// Выделяем память на GPU для дальнейшего подсчено new WHO
cudaMalloc((void**)&wih_dd, hidden_nodes*input_nodes * sizeof(float));
// Сообщаем компилятору вид матриц
stat = cublasSetMatrix(hidden_nodes, input_nodes, sizeof(*wih), wih, hidden_nodes, wih_dd, hidden_nodes);
stat = cublasSetMatrix(1, input_nodes, sizeof(*inputs), inputs, 1, inputs_d, 1); // already transposed
// Перемножаем и получаем new WHO
stat = cublasSgemm(handle, CUBLAS_OP_N, CUBLAS_OP_N, hidden_nodes, input_nodes, 1, &al, left_part2_d,
hidden_nodes, inputs_d, 1, &bet, wih_dd, hidden_nodes);
float* temporary1;
cudaMalloc((void**)&temporary1, hidden_nodes*input_nodes * sizeof(float));
cudaMemcpy(temporary1, wih, hidden_nodes*input_nodes * sizeof(float), cudaMemcpyHostToDevice);
sum << <(input_nodes*hidden_nodes + 127) / 128, 128 >> > (temporary1, wih_dd, input_nodes*hidden_nodes);
// Копируем новые веса на CPU
cudaMemcpy(wih, temporary1, input_nodes*hidden_nodes * sizeof(float), cudaMemcpyDeviceToHost);
cudaFree(temporary1);
//================================== ОЧИЩАЕМ ПАМЯТЬ =========================================
cudaFree(left_part2_d);
cudaFree(wih_dd);
cudaFree(who_dd);
delete[] left_part2;
//
cudaFree(who_t_d);
//
cudaFree(error1_d);
cudaFree(error2_d);
// Подчищаем за собой
cudaFree(hid_in_d);
cudaFree(inputs_d);
cudaFree(wih_d);
// ...
cudaFree(in_out_d);
cudaFree(who_d);
cudaFree(hid_out_d);
//...
cudaFree(left_part_d);
delete[] left_part;
//
delete[] hid_in;
delete[] in_out;
delete[] hid_out;
delete[] out_out;
delete[] error1;
delete[] error2;
cublasDestroy(handle);
}
